Terugwinning van broom uit waterstofbromide of natriumbromide met waterstofperoxide

•

,

•

•

•

•

•

•

•

T

~/

,~<rrr~"·

TU Delft

\ Tee nisehe Universiteit Delft

Vakgroep Chemische Technologie

Verslag behorende

bij het fabrieksvoorontwerp

van

T .A. Meeder en A. van der Put

onderwerp:

Terugwinning van broom uit waterstofbranide

of natriurribromide net waterstofperoxide.

l/Z

t?~

/

F.

v.o.

Nr: 2715

adres: Korvezeestraat 68 2628 IC Delft Orpheusstraat 36 3054 TP Rotterdam

opdrachtdatum: Maart 1987 verslagdatum: December 1987

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

TERUGWINNEN VAN BROOM UIT WATERSTOFBROMIDE OF NATRIUMBROMIDE MET WATERSTOFPEROXIDE

Andre van der Put Ted Meeder

delft

Oecember 1988

---•

•

)

I

.

•

•

I

•

•

I

•

•

-1-Er is _{een installatie ontworpen voor de terugwinning van broom met behulp}

van waterstofperoxide. Deze installatie heeft een capaciteit van 1250 kg 11 % _{natriumbromide-oplossing per uur of 500 kg 44 %}

waterstofbromide-oplossing per uur.

Bromide wordt omgezet naar broom in gepakte kolommen waarbij tegelijkertijd het broom uit de oplossing gestript wordt met behulp van stoom. De reactie vindt plaats door toevoeging van een 35 _{% waterstofperoxide-oplossing. Broom} wordt afgescheiden van de waterfase in een settler en gedroogd met behulp van een moleculaire zeef.

In verband met de korrosiviteit van de stromen is het grootste gedeelte van

is 68 % _{voor de terugwinning uit} de installatie uitgevoerd in glas.

Het rendement van het proces

natriumbromide, _{en 94 % voor de terugwinning uit waterstofbromide. Het} een verlies op, het tweede proces een winst van gulden. _{Het return of investment percentage is}

eerste proces levert

driehonderdvijfigduizend 39 % .

•

-2-•

INHOUDSOPGA YB

I

1 INLEIDING ₃

2 _{UITGANGSPUNTEN VOOR HET ONTWERP 5}

•

3 PROCESBESCHRIJVING ₇

4 PROCESCONDITIES ₉

5 _{MOTIVERING KEUZE APPARATUUR 12} 6 MASSA- EN WARMTEBALANS ₁₄

•

7 _{OVERZICHT SPECIFICATIE APPARATUUR 24}

8 KOSTENANALYSE ₃₃

9 _{CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN 42}

10 _{LIJST VAN GEBRUIKTE SYMBOLEN 43}

•

11 LITERATUUR ₄₇

BIJLAGEN

A _{GEGEVENS OVER HET SYSTEEM WATER-BROOM 52}

•

B POMPEN ₅₅ C WARMTEWISSELAAR ₅₈ D REACTIEKOLOM ₆₃ E CONDENSOR/KOELER ₆₉

•

F SETTLER ₇₆ G MOLZEVEN ₇₈

H _{PROGRAMMA VOOR BEREKENING REACTOR 83} I _{GEGEVENS OVER WATERSTOFPEROXIDE 93}

•

•

I

I

.

I

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

-3-I -3-INLE-3-ID-3-ING

Het bedrijf Andeno B.V. is werkzaam in de fijnchemie. Het maakt voornamelijk tussenprodukten voor de farmaceutische industrie, waarvan een aantal wordt bereid door bromering van aromatische verbindingen. Bij deze bereidingen komen als bijprodukten waterstofbromide, waaruit na wassing een 40-48% HBr-oplossing ontstaat, en natriumbromide (in HBr-oplossing) vrij. Het zou in verband met de prijs van broom interessant kunnen zijn om dit uit de ontstane oplossingen terug te winnen .

Voor terugwinning van broom zijn verschillende processen mogelijk:

1.1 Terugwinning met chloor

Dit proces vindt op het ogenblik de meeste toepassing in de industrie [1,2].

Voordelen zijn de hoge conversie ( >99% ), de lage temperatuur en de goedkope hulpstof. Nadelen zijn de vervuiling van het ontstane broom met chloor en het ontstaan van waterstofchloride.

1.2 Terugwinning met waterstofperoxide

Voordelen van dit proces [3] zijn het schone eindprodukt, de lage temperatuur en de niet al te dure hulpstof. Het wordt echter op het ogenblik vrijwel niet toegepast, waardoor gegevens ontbreken.

1.3 Terugwinning met zuurstof

Oxidatie van waterstofbromide met zuurstof is zowel in de vloeistof- [4] als in de gasfase [5,6,7] mogelijk.

Het proces in de vloeistoffase heeft als voordelen de goedkope hulpstof, de lage temperatuur en het schone eindprodukt. Nadelen zijn de lage omzettingssnelheid en het feit dat de benodigde katalysator moeilijk terug te winnen is.

Het proces in de gas fase heeft wel een hoge omzettingssnelheid, maar werkt bij een hoge temperatuur (300-500 Oe) en gebruikt een dure katalysator .

Beide processen zijn in aanwezigheid van vluchtige organische verbindingen, zoals in de oplossingen die bij Andeno ontstaan, explosiegevaar lijk .

•

•

i

•

•

•

•

•

•

•

~

.

•

•

-4-1.4 Terugwinning met behulp van elektrolyse

Processen die gebruik maken van elektrolyse [8,9] blijken moeilijk te kunnen

worden doorgerekend, en bovendien door de hoge investeringen niet rendabel

te zijn .

, Uit het bovenstaande volgt dat alleen de processen met chloor en met

waterstofperoxide in aanmerking komen. In een vorig fabrieksvoorontwerp [10] zijn de mogelijkheden onderzocht van de terugwinning met chloor. In dit

verslag wordt de procesvoering beschreven van de terugwinning met

~.

•

t

•

•

•

~.

•

•

•

•

-5-2 _{UITGANGSPUNTEN VOOR HET ONTWERP}

Bij het ontwerpen van het proces zijn de volgende uitgangspunten gebruikt:

*

De installatie moet zowel een HBr-oplossing _{van gemiddeld 44}

gewichtsprocent HBr als een NaBr-oplossing van 11 gewichtsprocent NaBr 1\

kunnen verwerken.

J .f"I" -\-""'-...

*

_{Het aanbod betreft 500 respectievelijk 1250 kg per uur en er moet rekening}

---worden gehouden met een overproduktie die maximaal een dag in de week 50 % boven het gemiddelde ligt en die in de rest van de week moet worden

verwerkt.

*

Daarnaast moeten _{de konsekwenties van een vijfdaagse werkweek in} beschouwing worden genomen.

,)'" I, ',fJV'" fA'-;'

*

_{Het aantal bedrijfsuren van de fabriek wordt gesteld op 4800 uur per jaar.}

/

*

De _{afvalstroom van het HBr-proces bevat 11.7 kg Br , 1.7 kg HzOz, 0.3 kg}

_~oo~

'<L;

Brz per uur en heeft een pH van 0.45. Voor het NaBr-proces is dat 27.7 ks( Br , 4.9 kg HzOz, 2.5 kg Brz per uur en een pH van 0.5

*

Er wordt gebruik gemaakt van 35 % _{waterstofperoxide in beide processen en}

van 38 % _{waterstofchloride in het NaBr-proces.}

*

_{Het Broom in de afvalstroom wordt geneutraliseerd met behulp van HzOz, het}

zuur wordt geneutraliseerd met een 50 % _{natriumhydroxide oplossing .}

*

_{De fysische constanten van de uitgangstoffen- en stromen staan in tabel 1.} De meeste gegevens zijn afkomstig uit Perry [11]. De oppervlaktespanningen zijn afkomstig uit de Handleiding [12].

*

_{De meeste stromen van het proces zijn corrosief, daarom moet aandacht}

worden besteed aan het constructiemateriaal. De halogeenzuren in het ~ ,'I - •

~O"--" ,J / " " '

"",\1. proces kunnen opgeslagen en verwerkt worden in materiaal van Hastelloy e ~

276, glas, glasslined steel en Butylrubberlined Steel [11].

*

_{Broom is zeer corrosief wanneer de waterconcentratie boven 30 ppm ligt .} Materialen die hiertegen bestand zijn, zijn: titaan, tantaal, glas en

Zirconium [11]. Verder kunnen een aantal fluoroelastomeren als Viton,

Fluorel 2141 en Kel F gebruikt worden bij temperaturen tot 200 oe [11].

*

_{Broom waarbij de waterconcentratie lager is dan 30 ppm is niet corrosief.}

Omdat _{droog broom hygroscopisch is moet contact met vochtige lucht worden} vermeden. _{Het gedroogde broom kan worden opgeslagen in Monel, Nikkel,} Aluminium of Hastelloy evaten (11] .

-~.

•

~

~.

•

•

•

~.

•

•

-6-*

Oplossingen van zuivere waterstofperoxide, opgeslagen bij 25 ·C in 99.5 % aluminium containers blijven stabiel met minder dan 1% activiteitsverlies per jaar [13] (zie bijlage I). Bepaalde substanties, voornamelijk in de vorm van stof, enzymen en metaalionen (Ag, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Th en

Zn) kunnen zelfs bij sporenconcentraties het uiteenvallen van waterstofperoxide katalyseren. Materialen die gebruikt kunnen worden voor de opslag van waterstofperoxide zijn: glas (na bescherming tegen zonlicht), aluminium, stainless steel (sommige soorten), polyethyleen, teflon en PFTE.

*

Natriumhydroxide kan opgeslagen worden in vaten van Inconel 600, Monel 400, Nikkel 200, of vaten met een coating van een aantal polymeren zoals

PE, PP, ABS, PVC, FC [11].

*

Het naar buiten lekken van broom moet in verband met de giftigheid voorkomen worden. Broom heeft een MAC waarde in lucht van 0.1 ppm [14]. Gemorst broom kan geneutraliseerd worden met KZC03 , NaHC03 , NaS z03 ,

NaZC03 • Broomdampen kunnen met ammoniakgas worden bestreden [1].

CPNaBr

=

3.7 kJ/kg/K _1'\HzO

=

10 -3 Pa. s

CPHzOz

=

3.65 kJ/kg/K 1'\Brz

=

(7. 03*10-3*T2+6. 04*T-1368)-1 Pa.s CPstoom

=

2.0 kJ/kg/K _1'\stoom = 120 * 10-7 pa.s

Cp

₌

0.235 kJ/kg/K 1'\ = 170

*

10-7 Pa.s Brz,g Brz,g CPHzO, 1 = 4.184 kJ/kg/K _{PHzO , 1} = 1000 kg/m3 Cp

₌

0.49 kJ/kg/K _P = 3115 kg/m3 Brz,l Brz,l CPNaOH

=

3.4 kJ/kg/K P _HzO,g

=

0.6 kg/m3 CPHCl

=

2.4 kJ/kg/K P _Brz,g = 0.71 kg/m3 ~

₌

2260 kJ/kg _PNaBr = 1000 + 727*W + 727*W*W kg/m3 vap,HzO ~ = 194 kJ/kg _PHBr = 1000 + 604*W + 837*W*W kg/m3 vap,Brz 10-3 a HzO = 72.8 * N/m P = 1000 + 340*W + 111*W*W kg/m3 10-;3 HzOz a = _{40.9 *} N/m _PNaCl = 1000 + 616*W + 684*W*W kg/m3 Brz

"Rzo

=

0.614 WIm /K _/ T b,HzO = 100 ·C "Brz

=

0.12

wt

VK T b,Brz = 59 ·C "Rzo,g = 0.025 mZYK g = 9.81 m/sz "srz,g = 57 *

10-~Z/K

À glas = 0.7 W/m/K À staal = 26 W/m/K

•

~.

~.

-7-3 PROCESBESCHRIJVING procesbeschrijving

De processen zijn ontworpen met het gegeven dat de installatie zowel de NaBr-stroom als de HBr-stroom moest kunnen verwerken. Er zijn echter kleine verschillen tussen de installatie waardoor de benummering van de apparaten niet hetzelfde is. We houden in het onderstaande verhaal de apparaatnummers van het NaBr-proces aan en vermelden de apparaatnummers van het HBr-proces tussen haakjes.

De bromide-oplossingen wordt opgeslagen in buffervat

VI.

Vanuit het

buffervat wordt de vloeistof door pomp P3/(P2) omhooggepompt. Om te

voorkomen dat grote hoeveelheden stoom nodig zijn om de oplossing op te

--- - -

- - - -

5"

warmen, wordt de NaBr-oplosssing voordat ze kolom T, ingaat verwarmd tot 90

oe met behulp van warmtewisselaar H2. Dit is niet nodig voor de

HBr-oplossing omdat de concentratie aan reactanten in deze stroom zo hoog is dat de reactie bij 30 oe vanzelf op gang komt .

De reactie van bromide met waterstofperoxide is pH-afhankelijk, daarom wordt

de NaBr-oplossing aangezuurd tot ph=O met een 38 % Hel-oplossing. De reactie

wordt gestart door toevoegen van waterstofperoxide. Om te voorkomen dat

broom buiten de reactie- en stripkolommen wordt geproduceerd en de

vloeistoffen niet homogeen gemengd zijn, wordt in de buizen gemengd met behulp van menger M4/(M3), van het type Kenics menger (zie figuur 3.1). De HBr-stroom wordt via menger M3 gemengd met de waterstofperoxide. De NaBr-stroom wordt na toevoegen van waterstofperoxide, waarna nog geen reactie

optreedt, opgewarmd en vervolgens in menger M4 gemengd met de

zoutzuur-stroom. Hier wordt zoutzuur het laatst toegevoegd, omdat anders het

materiaal van de warmtewisselaar duurder wordt door de corrosiviteit van zoutzuur.

Het reactiemengsel wordt dan in de top van reactie- en stripkolom T4/(T5) geleid. Omdat de gasstroom door de kolom niet constant is, wordt de overdracht geoptimaliseerd en worden de procescondities binnen de grenzen

gehouden door 3 verschillende pakkingen te gebruiken, die onderling

verschillen in totaal oppervlak en holdup. Het eerste bed is gevuld met 1 inch Berlzadels en heeft een hoogte van 0.3 meter. Het tweede bed is gevuld met 0.5 inch Berl zadels en heeft een hoogte van 0.5 meter. Het derde bed is gevuld met 0.5 inch Raschig ringen en heeft een hoogte van 2.2 meter. De

kolom fungeert als reactie- en stripsectie. Boven uit de kolom komt een

---i

•

•

•

•

•

•

-8-broom/stoom-mengsel dat samen met de produktstromen uit de andere kolom(men) wordt gecondenseerd en verder gekoeld in condensor Hll/(H8). Onder" in de kolom wordt stoom toegevoerd om broom uit de oplossing te verdrijven.

De verdunde bromide-oplossing wordt vervolgens door pomp P6/(P5) naar de

tweede kolom gevoerd. De tweede kolom bestaat uit een gepakt bed van 0.5 inch Raschig ringen. In deze kolom wordt de opbrengst vergroot voornamelij} door het verdrijven van opgelost broom. De afvalstroom uit kolom T~(~) wordt geneutralisserd _{met behulp van een 50 %-ige natriumhydroxide} oplossing, bij een neutrale _{pH reageert broom met het overschot} waterstofperoxide tot bromide en zuurstof.

Het gecondenseerde broom/water-mengsel wordt in settler V12/(V9) gescheiden.

De waterfase wordt bij de afvalstroom uit kolom T6/(T9) gevoegd en geneutraliseerd. _{De broomfase wordt gedroogd in kolom T14,15/(T12,13) die} gevuld is met een moleculaire zeef. Omdat de molzeef geregenereerd dient te worden, _{moeten er in het proces twee droogkolommen aanwezig zijn. De} regeneratie gebeurt met hete lucht die wordt aangevoerd door blower C16/CCll) .

Opstarten van het proces.

Omdat _{de reactie tussen bromide en waterstofperoxide pas bij 100°C goed} verloopt, moeten de kolommen vooraf worden doorgeblazen met stoom. Een stoomstroom van een halve kilogram per minuut, gedurende vijf minuten is voldoende om de kolommen op te warmen.

Flexibiliteit van het proces •

De flexibiliteit van het proces is groot, de installatie kan zowel een

stroom van 500 kg 44 % _{waterstofbromide als een stroom van 1250 kg 11 %}

natriumbromide per uur verwerken. De capaciteit van het waterstofperoxide proces kan met 10 % _{worden vergroot, die van het natriumbromide proces met}

I.

•

~.

••

~.

-9-4 PROCESCONDITIES

De reacties van bromide en broom met waterstofperoxide worden beschreven met

de volgende reactievergelijkingen (15]:

+

HzOz + 2 H + 2 Br ---) Brz + 2 HzO _(I)

---) 2 H+ + 2 Br + Oz _(I!)

Omdat het bij reactie (_{I) ontstane broom via reactie (11) weer met}

waterstofperoxide zou reageren, wordt het broom direkt uit de oplossing gestript met stoom.

De reactiewarmtes zijn respectievelijk (16]:

óH

_r

= - 143.3 kj/mol

óH

II

=

-

46.1 kj/mol

('

( '-v'

Bij de HBr-stroom (0.176 kg/s) wordt in de eerste reactiekolom 50.482

_kJ/S

_Jl~V

_~-?

---I va--. aan reactiewarmte geproduceerd, en in de tweede kolom 1.350 kJ/s.

Deze warmte is voldoende o_{m in de eerste kolom de stroom op te warmen met 69}

oe.

Het is dus niet nodig o_{m de stroom van te voren al op te warmen.}

Bij de NaBr-stroom (0.405 kg/s) wordt in de eerste reactiekolom 15.507 kJ/s

aan warmte geproduceerd, in _{de tweede kolom 3.310 kJ/s en in de derde kolom} 1.685 kJ/s.

Deze warmte zorgt in de eerste kolom voor een opwarming van slechts 9 °C. Om de gunstigste reactietemperatuur van 100

oe

_{te bereiken moet de stroom dus}

opgewarmd worden tot 90

oe.

_{Hiervoor is warmtewisselaar H2 opgenomen.}

Wanneer dit niet gedaan wordt is een grote stoom-toevoer nodig om te voorkomen dat alle stoom condenseert.

De druk is in het hele proces 1 atm .

~.

I.

•

\

•

'

.

~.

-10-Voor het bereiken van de settler wordt het broom/water-mengsel uit de reactiekolommen gecondenseerd en afgekoeld tot 25

oe.

Het minimum van de oplosbaarheid van broom in water ligt bij circa 25

oe

[17], en het is noodzakelijk _{om het broom -verlies te minimaliseren. Tevens moet de} produktstroom toch naar kamertemperatuur afgekoeld worden, en het is handig om dit hier te doen. De oplosbaarheid van water in broom is bij 25

oe

0.03 % (18].

De berekening van activiteitscoëfficiënten en fugaciteitscoëfficiënten van -~

broom in water is _{gedaan met behulp van het diktaat Toegepaste}

thermodynamica [19] . _{Deze zijn opgenomen in bijlage A.}

Zowel

activiteitscoëfficiënten als fugaciteitscoëfficiënten bleken vrijwel gelijk

aan 1 te zijn, zodat er in de verdere berekeningen geen rekening meer mee is gehouden.

Om _{de dichtheid van de oplossingen (de vloeistofstromen in de reactoren) te}

schatten zijn de dichtheden van de oplossingen van de afzonderlijke componenten _{(in kg/I) met elkaar vermenigvuldigd. De pCp van de oplossingen}

is gesteld op 4184 J/l.

De reactiesnelheden zijn berekend met behulp van gegevens uit r I

=

kI

* [

HzOz ] [ H+ ] [ Br ] Baxendale [20]

'1

. Á- -2) -2 (). min mol ]

L-I

r;

1

k 11=' 9 76*109 *exp --T-( 8051) . [ mo 1 1-1 . -1] mln ~ '1 11. [ HzOz ] [ Brz ] r

_n

₌

_{kIl *} - ] [ H+ ] r _Brz

=

r

=

HzOz r H+

=

[ Br r -I rIl - r I - rIl -2 r_I + 2 rIl = -2

rr

+ 2 rIl

=

2 r I

•

•

•

•

•

'.

I

•

•

•

•

•

I.

-11-Voor het evenwicht tussen gas en vloeistof geldt voor broom en water:

*

[ Br2, ] liG =

~Br2.!uit

liG ~tot,uit liG

*

p

*

H * *

~H2.0!uit

P xH2,O

=

liG * * ~tot,uit

* ( T 72i5.4 + _{6s.a19)*T-a . 2 [atm]}

PH2,O=exp 175.09

PH2,O

Tussen broom en bromide stelt zich een evenwicht in, namelijk:

K = 11 l/mol (25

oe,

1=3 m) (3)

De Henrycoëfficiënt van Br2, in water H, de dampspanning van zuiver water en de evenwichtsconstante K zijn afkomstig uit Gmelin [17,21].

•

•

•

•

•

•

•

•

-12-5 MOTIVERING KEUZE APPARATUUR

De stromen die in het

keuze van het materiaal proces voorkomen zijn alle zeer korrosief. Bij de _{dat voor de apparatuur kan worden gebruikt dient} hiermee rekening te worden gehouden. Vanwege de prijs is overwegend glas

gebruikt; waar dit in verband met de veiligheid niet mogelijk was kan worden

gegrepen naar materialen als geëmailleerd staal, Monel, Hastelloy C of Viton .

Het buffervat moet veranderingen in de voeding op kunnen vangen tot maximaal èèn dag per week 50% boven het gemiddelde, wat in de rest van de week wordt gecompenseerd. De grootte van het buffervat wordt 5 m3

voor de HBr-stroom en

" ' " '

-12 m3 _{voor de NaBr-stroom.}

Voor de bekleding van het vat kan eboniet of

emaille gebruikt worden, waarbij het eerste goedkoper is.

Voor de reactoren kon gekozen worden uit diverse mogelijkheden. Gezien het

optreden van een tweede reactie tussen broom en waterstofperoxide is gekozen om het broom direkt uit de oplossing te verwijderen. Dit kan door destillatie [3], strippen met lucht of met stoom. Om de temperatuur zo hoog mogelijk te houden in verband met de reactiesnelheid, is gekozen voor strippen met stoom in een gepakte kolom. De reactoren zijn geheel in glas uitgevoerd. _{De pakking bestaat uit keramische Raschig ringen en Berlzadels.}

Voor de _{berekening van de reactoren is een BASIC-computerprogramma}

geschreven, _{waarin gebruik gemaakt is van formules uit het diktaat}

Scheidingsprocessen 11 [22] .

Om _{een optimale werking van de eerste kolom te verkrijgen werd de pakking}

<)

onderverdeeld in drie bedden, gezien de_grote variati~ _{de gasstroom. Het}

eerste bed, met een hoogte van 0._{3 m, bevat 1" Berlzadels, het tweede bed,}

hoogte 0.5 m, _{0.5" Berlzadels en het derde bed, hoogte 2.2 m, 0.5" Raschig}

ringen.

De _{tweede en derde kolom hebben slechts èèn type pakking, namelijk 0.5"}

•

•

•

•

•

~.

•

•

•

•

•

•

-13-Er kan verder nog gekozen worden om waterstofperoxide op verschillende plaatsen in

kolom. Dit

de kolom in te voeren, in plaats van alleen bovenaan de eerste zou dan de reactiesnelheid laag houden, waardoor het ontstane broom de tijd krijgt om de vloeistof te verlaten, zonder weer door reactie 11 te worden omgezet. In ons geval bleek dit echter niet noodzakelijk, omdat het strippen snel genoeg verloopt.

Een andere optie is het terugvoeren van het water uit de settler, dat nog 3% broom bevat. Berekeningen hiermee toonden aan dat de omzetting hierdoor kleiner werd, waardoor de hoeveelheid broom die uit het proces kwam even groot bleef. Ook dit is toen achterwege gelaten.

Voor de eerste warmtewisselaar kan Monel of Hastelloy C gebruikt worden. Het voordeel van Monel is dat het goedkoper is [12], het voordeel van Hastelloy C is dat het tegen HCI bestand is. Omdat in het NaBr-proces HCl pas na de warmtewisselaar wordt toegevoegd, is hier gekozen voor Monel.

De condensor kan gemaakt worden van glas, geëmailleerd staal of met grafiet bekleed staal.

De warmtewisselaars zijn gekozen en berekend met gebruikmaking van het diktaat Apparaten voor de Procesindustrie deel 4 [23] .

Na de reactoren wordt broom van water gescheiden in de settler. Deze is uitgevoerd in glas en heeft een grootte van 0.5 1. De settler is berekend met behulp van het diktaat Scheidingsprocessen 11 [22] .

Verwijdering van water uit broom gebeurt met molzeven, omdat dit het makkelijkste proces is. De molzeefkolommen zijn eveneens gemaakt van glas.

Voor de pompen wordt PFTE-lined staal gebruikt. De leidingen kunnen bekleed worden met Viton, emaille, lood of Teflon. Viton is hier de beste oplossing .

•

-14-•

6 MASSA- EN WAIiMl'EBALANS

•

•

•

•

•

~.

•

•

~.

•

-15-IN

_waarts

Voor-

Massa -en

Retour

UIT

Warmtebal ans

I

•

M

Q

M

NaBr - proces

M

_M

Q

Q

Q

3

NaBr ( 11%) 0.3653 6.423 H202 (35%)

_•

•

.. stoom _{0.03781 11.858}

-•

H2

97.298 stoom 0.03781 o -0.3653

₄

I 91.863

---5

Hel (44%) 0.0391 _~

•

oploswarmte

M4

5.00

..

I

I

0.3653

_---

6

__ fl

0.0210 96.863 , 15.935

•

_{Reactiewarmte} I

-15.508

-TS

7

I 0.005714 14.863 stoom

I"'"

I

..

•

0.3893

9

,

11

0.00996 ---~----

,

--16.314 111. 299 _I I

I

.

Reactiewarmte 3.309

...

T7

I

10

stoom ..

'J

I 0.00461 _11.991

-12

..

14

0.2839 1 -. -. ~

---

0.00934

•

110.205 19.708

•

_{Reactiewarmt~}

T9

1.685

..

0.00681 17.550

13

stoom.

_IJ

-

...

..,.

15

naar awz

~.

_.

n ~A' /, 1/10 7~'"

-

-•

•

•

•

I

•

•

•

•

1 1

•

•

•

•

1 . 775 0.000229 2.235 - " - - - -16-0.04028

₁₆

---51. 957

•

1"'""' .... koelwater -. _{1 . 775}

H11

koelwater a -51. 957

17

....

-0.04028

-1 ,

..-

....

V12

""rr

water ~

₁₈

0.01884 0.02131

₂₁

' t _lucht

26

- - - - _-. 0.000243

-

~Ll

T14

-

afkoelen.

T15

~

-.

BROOM

₂₁

0.000229

Zf _______

~ 0.057

..

_0.02129 ",,0...-elektro verw. 0.057

(16

~-~

20

lucht

..

...-121.647 ~

Totaal

_{~ 2.235}

*

awz

= afvalwaterzuivering

Massa

in

kg/s

Warmte in kW

Fabri eks voorontwerp

No:

2715

0.026

0.031

121.647

-•

•

•

•

A pparaa

t

sTr oom

1

f

Componenten

_M

a

H20 0.01171 Br-H+ Br2 H202 0.00631 Na+ Cl-02 Lucht

OH-Totaal:

0.01802 I I

Apparaatstoom

I

6

, i I

I

, Componenten

M

Cl

I

H20 0.32431 Br- 0.02967 H+ _0.000408 Br2 H?O? 0.00631 Na+ 0.01671 Cl- 0.02711 02 Lucht

OH-Totaal:

0.40455 96.863

M in kg/s

Cl

in

kW

•

•

•

•

•

2

3

4

M

a.

M

Q

M

a.

0.2882 0.29991 0.29991 0.02967 0.02967 0.02967 0.00631 0.00631 0.01671 0.01671 0.01671 0.01264 0.01264 0.01264 0.3472 6.423 0.36525 6.423 0.36525 91.863

7

8

9

M

Cl

M

Q

M

Cl

0.005714 14.863 0.00480 12.354 0.32911 0.01277 0.000196 0.01611 3.580 0.00081 0.00257 0.01671 0.02711 0.000066 -0.00571 14.863 0.02097 15.935 0.38928 . 111.299

Stroom /Componenten staat

NaBr-PROCES

-_._--_ ... _.

-•

5

M

0.02431 0.000408 0.01409 0.0392l

10

M

0.004613 0.00461

•

a

a.

11.911 11.911 I

•

I ... -.J I

•

•

•

•

A pparaa tsTr oom

11

, Componenten

_M

a

H20 0.00600 15.443 Br-HT Br2 0.00392 0.871 H202 Na+

cr

02 0.000036 Lucht

OH-Totaal:

0.00996 16.314 ---~~---

-Apparaatstoom

16

, Com ponenten

M

a.

H20 0.0183 47.101 Br-H+ Bn 0.02185 4.857 i H202 Na+ CI-02 0.00013 Lucht

OH-Totaal:

0.04028 51.957

M

in

kg/s

n

in kW

•

•

•

•

•

12

13

14

M

n

M

(1

_M

n

0.32853 0.00681 l7 .550 0.00750 19.304 0.00937 0.000154 0.00030 0.00182 0.405 0.00177 0.01671 0.02711 0.000023 0.38394 110.205 0.00681 17.550 0.00934 19.709

-17

18

19

M

a

M

Q

M

a

0.0183 0.01829 0.34654 0.00769 0.000133 0.02185 0.000548 0.000704 0.00136 0.01671 0.02711 0.00013 -0.04028 0.01884 0.40025 109.732

Stroom /Componenten staat

NaBr-PROCES

-

-•

M

0.32825 0.00769 0.000133 0.000156 0.00136 0.01671 0.02711 0.38141

M

0.000299 0.000299

•

1S

a

109.732

20

a.

,

•

I ~

cp

-

I

•

•

•

fj

A

pparaa

tsTr

oom

21

f

Componenten

_M

a

1120 0.000006 Br-H+ Br2 0.02129 H20? Na+ Cl-Lucht

OH-Totaal:

0.02131

AQparaatsrroom

26

I

_{, Componenten}

_M

a.

H20 0.000006 0.002 I3r H+ Br2 0.000007 0.002 H20? Na+ Cl-O? Lucht 0.000229 0.022

OH-Totaal:

0.000243 0.026

M in kg/s

Q;n

kW

_{- -}

-•

•

•

•

•

22

23

24

M

n

M

a.

M

a.

0.00532 0.02129 0.00306 0.000299 0.056 0.00226 0.000299 0.056 0.02129 0.01065 - - - --- ----

-M

a

M

Q

_M

a

-Str oom / Componente n staat

NaBr-PROCES

----- _.--- ... _.---~ - - -

-•

•

25

M

a

0.35426 0.00796 0.00070 0.00136 0.01977 0.02711 0.41090 109.732

M

a.

- " -I

•

I ...

cp

•

-20-IN

Voor-

Massa -en

_Retour

UIT

waarts

Warmtebal ans

•

M

Q

M

HBr - proces

M

M

Q

Q

_Q

HBr (44%)

1

--0.13889 _2.031

2

rrl0_{2 (3}5%)

•

•

0.03671

•

M3

~r

₅

0.1756

3

_---

...

..

_---

_0.06128

•

2.031 _{n .17ü} Reactiewarmte

T4

,r

50.483

..

•

IJ

0.00764

4

Stoom

8

0.00402 11.056 ~

...

15.304

6

..

---0.11834

1---36.392

•

T6

-,r

Reactiewarmte

..

1.349

-•

O.GÛ5L;4 14.017

₇

Stoom Dnaar ..

•

awz9 0.0689'2

10

-

•

0.11614 35.954 42.982

1---1

-koelwater. 2.0556

H8

koelwater

_..

2.0556 - 42.982

•

0.06892

11

---~

r

•

_V9

~ ~

,

₁₂

•

water

..

0.01203

-•

•

•

•

•

0.000599

•

•

•

•

•

2.24126

•

•

L __ -- -- --_. - - - - -_{- - -} - -21-~

r

9.05674

_1S

_Lucht

₂₀

-~ll

0.000635

T12

afkoelen

-T13

0.000599

16 _______

"'rr

BR02M 0.148 _~~ """~ elektro verw 0.148 (11

14

Lucht

_..

~ ~ ' -36.102 ~

Totaal

Mássa in kg/s

Warmte in kW

17

0.05675

..

2.24116

*

awz

=

afvalwater zuivering

Fabri eks voorontwerp

0.068

0.080

36.102

---•

•

A pparaa

t

sTr oom

, Componenten

H20 Br-H+ Br7 H202 Na+ 07 Lucht

OH-Totaal:

-APparaatstoom

, Componenten

H?O Br-H+ BQ H702 , _Na+ i 02 I Lucht I

OH-Totaal:

M in kg/s

Q

in

kW

- -

-•

•

•

•

•

•

•

1

2

3

4

M

a

M

Q.

_M

Q

_M

_U

0.07778 0.02386 0.10156 0.00402 11.056 0.0604 0.0604 0.00076 0.00076 0.01285 0.01285 0.13889 2.031 0.03671 0.1756 2.031 0.00402 11.056 - -- -- - - - --- --- - - -

-6

7

₈

9

M

Cl

M

Cl

M

Q

_M

_Cl

0.11253 0.00544 0.0060 15.443 0.11230 0.00466 0.00325 0.000058 0.000040 0.000281 0.00163 0.362 0.000071 0.000808 0.000478 0.000013

-o.

11834 36.392 0.00544 14.017 0.00764 15.804 0.11614 . 35.954

Stroom /Componenten staat

HBr-PROCES

-~ - - - -- -

-..

_•

5

M

a

0.0057 14.750 0.05549 12.427 0.000087 0.06128 27.178

10

M

a.

0.01171 30.187 0.05712 12.795 0.00010 0.06892 42.982 - - - --,

•

I N N I I I

•

•

•

•

ApparaatsTroom

11

, Compo

'

n enten

_M

a

H20 0.01171 Br-H+ Br2 0.05712 H202 Na+ 02 0.00010 Lucht

OH-Totaal:

0.06892 - - --

-APparaatstoom

16

, Componenten

M

U

H20 Br-H+ I Br2

H?O?

Na+ 02 Lucht 0.000599 0.148

OH-Totaal:

0.000599 0.148

M in

kg/s

o

in kW

•

•

•

•

•

12

13

14

M

0.

M

Q

_M

a.

0.01168 0.12398 0.00325 0.000040 0.00035 0.000422 0.00478 0.000599 0.01203 0.12817 0.000599 - - - - ----

-17

18

19

M

U

M

U

M

U

o

001623 0.12634 0.00325 0.05675 ' I 0.000422 0.000478 0.000933 0.000933 0.000690 -0.05675 0.003247 0.l3142 35.954

Stroom /Componenten staat

HBr-PROCES

•

15

M

0.000017 ~ "-'-0.05677 /

-0.05679

20

M

0.000017 0.000019 0.000599 0.000635

•

Q - )

Cl

0.007 0.004 0.057 0.068 ,

•

I N W I

-24-.. _{7 OVERZICHT SPECIFICATIE APPARATUUR}

•

•

•

..

I

•

..

•

•

..

•

-25-Apparatenlijst voor reaktoren. kolommen. vaten NaBr-proces

---•

Apparaat No: V

1

T 5

T 7

T 9

V

12

Benami:1g, Reaktor/ Reaktor/ Reaktor/ _Broom/Water Buffervat _{Broom strip Broom strip Broom strip}

scheider

•

type kolom _{kolom kolom}

Abs

1

1

₁

₁

₁

druk b bar

•

_{temp. in oe}

₂₅

₁₀₀

₁₀₀

100

₂₅

Inhouè. in m

3

₁₂

_0.110

0.073

0.073

4.2

x

10-4

•

Diam. in m

_2.5

_0.20

0.17

O. 17

-1 of _{h in m}

_2.5

3.5

3.2

3.2

0.16

Vu 11 i::?: .a-l" Berlza--,.

•

dels

vaste ?akking

.a-1 " Berlza- 1"

Raschig- 1 "

Raschig-..,.

2" 2" 2"

dels ringen _ringen

•

*

l" ₂ Raschig-ringen

· ...

·

...

·

....

.

...

~ .

,

te ge- Bu-rubber ,-,peClaJ.._

glas glas glas glas

br'uik en ::la t • gecoat vat

•

aantal

1

1

1

₁

₁

se!':e/~a!'al~el

•

•

•

I

•

-26-Apparatenlijst voor reaktoren, kolommen. vaten NaBr-proces

---•

Apparaat No: T

14/15

Benaming, _Moleculaire

•

type Zeven Abs

1

druk in bar

•

_{temp. in oe}

25/116*

Inhouè. in m

3

0.078

•

Diam. _{in m}

_0.30

1 of h in m _1.

₁₀

•

Vulli::~: Moleculaire Zeef

4A

vaste ?akking

14-30

mesh granules

•

·

..

"

...

· .

"

...

·

...

"

...

•

~ .

,

o.JpeClaa_ te

ge-br-uiken ::lat • glas

•

aantal

2

:;:a:-allel

•

*

Tijdens de regeneratie

•

- - - -- -- - -- - -

-•

-27-A ptlara tenl i ,; s t voor warmtewisselaars, ~ fornui zen

---

NaBr-proces

•

Apparaat No: H

2

H

1 1

3enaming, Voorver - Condensor/

warmer koeler

•

type

Fixed-tubes Fixed-tubes

•

Medium

pijpen-/ Stoom

/

Koelwater

/

NaBr-opl. Broom-stoom mantelzijde Capaciteit, uitge .... isselde

82.5

52.0

•

warmte in kW. Warmtewisselend oppevl. in m 2

5.0

2.2

•

Aantal

₁

1

Abs. 1.

46

1.

43

druk in bar

1

1

pijpen-

_/

•

mantelzijde temp. in / uit in oe

100

/

100

20

_/

27

pijpzijde

₃₀

_/

₉₃

₁₀₀

_/

₂₅

•

mantelzijde Speciaal te ge-Hastelloy GeMmailleerd bruiken mat. Staal

•

•

•

•

-_._---_{- - - -}

-•

-28-Apparatenlijst voor uomuen. blowers. komuressoren

---

NaBr-proces

•

Apparaa t ~To: P 3 P 6 P 8 P 10 P 13

•

Benaming,

type Centrifugaal _{Centrifugaal Centrifugaal Centrifugaal Plunger}

•

te verpompen _NaBr-oplos.

Bromide- Bromide-

Bromide-medium H₂0_2-oplos. oplossing oplossing oplossing Broom

Capaciteit in kg/s 0.365 0.389 0.384 0.400 0.021

•

Dichtheid kg/m

3

1131 1101 1095 1092 3115 in

•

ZUig-/persdruk in bar abs. 1.5 1. 43 1.43 1. 54 1. 61

•

temp. in / uit in oe 29.8 101 100 100 25 Vermogen in kW 0.02/0.08 0.015/0.06 0.015/0.06 0.03/0.12 0.0/0.001 theor./ prakt.

•

Speciaal te ge

PFTE-l i ned PFTE-l i ned PFTE-l i ned PFTE-l i ned PFTE-l i ned

bruiken mat aantal 1 1 1 1 1 serie/parallel

•

•

I

•

•

•

-29-NaBr-proces

•

Apparaat No:

C 16

, I , Benaming, Blower type Fl)hn _I I

•

I

te verpompen I medium Lucht Capaciteit in kg/s

0.0006

Dichtheid

1.04

I in kg/m3

•

ZUig-/persdruk 1.

21

in bar(abs.

•

temp. in in / uit

°c

25/260

Vermogen in kW afhankelijk

theor./ prakt. van de rege-_neratietijd

•

Speciaal te ge bruiken mat. aantal serie/parallel

1

•

•

\

.

•

-30-Apparatenlijst voor reaktoren. kolommen, vaten

_---

HBr-proces

•

Apparaat No: V 1 T 4 T 6 V 9 _{T 12/13}

•

Benaming, Buffervat Reaktor/ Reaktor/ Broom/water Moleculaire

type Broom strip Broom strip scheider zeven

kolom kolom Abs. druk in bar 1 1 1 1 1

•

_{temp. in oe 25} 101 100 25 25/116* Inhouè. in m

3

5 0.110 0.073 4.2 x 10-4 0.078

•

Diam. in m 1.85 0.20 0.17

_-

_0.30 1 oi h in m 1.85 3.5 3.2 0.16 _1.10

•

Vulli::;-: 1" Berl _"2 1 " Raschig- _Moleculaire

zadels ringen _{zeef 4A} 14-30 mesh

vaste -::lakkin'" 1 " Berl

granules . c _"2 zadels

•

_"2 1 " Raschig-ringen

·

...

·

...

.

...

·

....

.

...

•

c: . , te ge--..JpeClaa_ Bu-rubber

b!"uiken ::la~. _{gecoat vat} glas glas glas glas

•

aantal 1 1 1 1 2 se!'':''e _parallel

•

*Tijdens de regeneratie

•

•

•

•

•

•

•

•

Apparaat No: Benaming, type Medium pijpen-I mantelzijde Capaciteit, uitge .... isselde 'Warmte in kW • H 8 Condensor/ koeler Fixed-tubes Koelwater / Broom-stoom

42.8

-31-HBr-proces ~---~---~---~~---4---+---~ 1 Warmte'Wisselend 1 . 2 oppev . ln m Aantal

pafäl!~{

•

Abs. of effe druk in bar pijpen-

I

2.2

1 1. 50 1.0 • mantelzijde ~---4---~---4---~---~----~ 1 temp. in

I

uit I o _{20 / 25} I in C I I p1jpzijde _{100 / 25} I

•

mantelzijde Speciaal te ge-GeMmailleerc bruiken mat. Staal

•

•

•

• aan~even :..:> _{'Wat bedoeld 'Wordt}

-

-

-

_{- - - - -}

_{- -}

_{- -}

_-"----

-•

-32-Apparatenlijst voor pompen, blowers. kompressoren

---

HBr-proces

•

Apparaat na: P 2 P 5 P 7 _{P 10 C 11}

•

Benaming,

Blower

type P1unger Plunger Plunger Plunger _FHhn

•

te verpompen _Waterstof-

Bromide-medium _oplossinq bromide oplossing oplossing Broom Lucht

Capaciteit in kg/s 0.139 0.118 O. 116 0.057 0.00060

•

Dicr.theid kg/m

3

1370 1028 1019 3115 l.04 in

•

Zuig-/persdruk Bar (abs) l. 53 l. 35 l. 39 l. 75 l. 21 temp. in

°c

_{30 101} 100 25 _{25 / 260}

•

in / uit Vermogen in kW afhankelijk

theor./ prakt. 0.006/0.011 0.004/0.008 0.005/0.009 0.001/0.002 _{van de}

rege-neratietiid

•

S pee iaal te ge·

bruiken mat. PFTE-l i ned PFTE-li ned PFTE-lined _{PFTE-l i ned}

I I aantal I 1 _{1 1 1 1} I serie/parallel

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

-33-8 KOSTENANALYSE

In dit hoofdstuk wordt een overzicht gegeven van de kosten en baten van de broomrecycling _{uit waterstofbromide en natriumbromide met behulp van}

waterstofperoxide. Daarnaast vergelijken we bovenstaand proces met het

broomrecycling proces met behulp van chloor. De financiële gegevens van het

laatste proces, uitgewerkt door Braat en Markx (10], zijn veranderd naar

door ons geschatte waarden om een reëlere vergelijking van beide processen

te krijgen .

De kosten van het proces worden onderscheiden in

*

Investeringen

*

Arbeidskosten

*

Rentederving

*

Verzekering

*

Hulpstoffen

*

Stoom en Elektriciteit

*

Onderhoud

*

Overhead en Administratie

Uit _{de som van deze posten worden de totale kosten per jaar berekend, de}

gegevens voor de investeringskosten en hulpstoffen zijn afkomstig van Andeno

[24]. De berekeningen van de kostenposten zijn berekend naar Montfoort (25] . 8.1 Investeringskosten

De _{totale investeringen bestaan voor 80 % uit vastgelegd kapitaal, voor 6}

%

uit werkkapitaal en voor 14 % _{uit investeringen in niet tastbare zaken. Het}

vastgelegd kapitaal bestaat uit de volgende posten :

*

Apparaatkosten

*

_{Bouwkosten (fundamenten, ondersteuning en montage)}

*

Pijpleidingen

*

_{Off-sites (elektrische installaties, hulpdiensten en voorzieningen)}

*

Indirecte kosten (constructie en engineerin~)

1.00

1.43

1.60 1.50

1.38

Met behulp van de Lang-factor kunnen de totale investeringen via de

apparaatkosten worden berekend. De Lang-factor voor gas/vloeistof-processen is gelijk aan het produkt van de achter de posten vermelde factoren. In ons geval is de Lang-factor 4.74

•

I I I

I

.

•

I

•

•

•

I

•

I

.

•

•

•

•

•

-34-In tabellen _{(8.1-4 ) staan de apparaatkosten van de vier processen vermeld.}

De _{afschrijving van het proces vindt plaats in tien jaar, we schrijven} rechtlijnig af. De restwaarde van de installatie is nihil.

1 HBr/HgOg-proces Apparaat Buffervat Menger Pompen Kolom Kolom condensor/koeler Settler VI M3 (5*) T5 T7 HU VlO prijs fl 35.000 f l 1. 000 fl 17.500 fl 20.000 fl 15.000 Blower kolom CU Tl4/15 fl fl fl fl 35.000 0.200 1.000 30.000 3 HBr/Clg-proces Apparaat Buffervat Kolom Kolom Condensor Kolom Condensor Warmtewisselaar Koeler Pompen Blower Kolom VI T3 T4 H5 T8 H9 HU H12 (3*) fl 154.700 prijs fl 35.000 fl 10.000 fl 15.000 fl fl fl fl f l fl 20.000 15.000 20.000 10.000 10.000 10.500 C14 fl 1.000 T16/17 fl 30.000 fl 176.500 2 NaBr/HgOg-proces Apparaat Buffervat _VI Warmtewisselaar _H2 Menger _M4 Pompen _(6*) Kolom _T5 Kolom T7/9 Condensor/koeler H8 Settler _V9 Blower _C16 Kolom T12/13 4 NaBr/Clg-proces prijs f l 65.000 f l 40.000 f l 1. 000 f l 18.000 fl 20.000 f l 30.000 f l f l f l f l 35.000 0.200 1.000 30.000 f l 240.200 prijs Apparaat Buffervat Kolom Kolom Condensor Kolom VI f l 65.000 T3 f l 10.000 T4 f l 15.000 Condensor Warmtewisselaar Koeler Pompen Blower kolom H5 T8 H9 HU H12 (3*) C14 T16/17 f l f l f l f l f l f l 20.000 10.000 15.000 10.000 10.000 10.500 f l 1.000 f l 30.000 f l 196.500

Tabellen (8.1 t/m 8.4.). Apparaatkosten per proces

Het vastgelegd kapitaal kan berekend worden door bovenstaande apparaatkosten

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

-35-De _{totale investeringskosten worden verkregen door het vast kapitaal met}

25 % _{te vergroten. De afschrijving vindt plaats over de totale investeringen}

minus het werkkapitaal.

"l(,~,

Ix

t / J~ r :; ()

vastgelegd kapitaal investeringskosten _afschrijving

1 HBr/H&O&-proces _{fl 730.000,00 fl 910.000,00} fl 86.000,00 2 NaBr/H&O&-proces _{fl 1140.000,00 fl 1425.000,00} fl 134.000,00 3 HBr/Clcproces _{fl 830.000,00 fl 1040.000,00} fl 98.000,00 4 NaBr/Cl&-proces _{fl 920.000,00 fl 1150.000,00} fl 108.000,00 8.2 Hulpstoffen In het HBr-proces

hulpstoffen. Bij het

worden waterstofperoxide of chloor gebruikt als NaBr-proces is, vanwege de pH-afhankelijkheid van de omzetting met waterstofperoxide en omdat de reactie met chloor in de gasfase

plaatsvindt [10], zoutzuur nodig als hulpstof. Omdat de stroom naar de afvalwaterzuivering nog Broom bevat en sterk zuur is, wordt met behulp van natronloog geneutraliseerd. De uitgaande stroom van het HBr/CI&-proces bevat

20 % _{waterstofchloride, het is mogelijk hiermee het NaBr/Cl&-proces aan te}

zuren. Hiermee wordt jaarlijks een bedrag van 210 duizend gulden bespaard op de kosten van zoutzuur en natronloog. Deze besparing vindt alleen plaats wanneer beide processen worden toegepast .

De prijzen van de hulpstoffen staan vermeld in tabel (8.5) 35% waterstofperoxide chloor 38% zoutzuur 50% natronloog fl 1,05 / kg fl 1,20 / kg fl 0,19 / kg fl 0,18 / kg

Tabel (8.5) prijzen van de hulpstoffen

De massastromen van de hulpstoffen en de jaarlijkse kosten daarvan staan

vermeld in tabel (8.6). De stromen en kosten van een gecombineerd chloor-proces staan als tweede vermeld.

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

-36-Oxidator Zoutzuur Natronloog Totaal

tonL,i kflL,i tonL,i kflL,i tonL,i kflL,i kflL,i

1 HBr/HzOz-proces 633 665 56 10 675

2 NaBr/HzOz-proces 311 327 677 129 184 33 489

3 HBr/Cl z -proces 463 555 1043/530 188/95 767/650

4 NaBrLCl, -Eroces 227 273 615L- 117L- 384 69 457L342

Tabel (8.6) massastromen van de hulpstoffen en de kosten per proces

8.3 Arbeidskosten

De arbeidskosten zijn te berekenen met behulp van de Wessel relatie. In deze

relatie wordt een verband gelegd tussen de capaciteit, het aantal

processtappen en het benodigd aantal mensen. We stellen dat de processen bestaan uit een produktie- en een zuiveringsstap. De capaciteit stellen we

gelijk aan de geproduceerde hoeveelheid broom. Voor een proces met

ploegendienst dient het aantal manuren met 1.5 te worden vermenigvuldigd om

afwezigheid door vakantie of ziekte op te kunnen vangen. De Wessel

relatie,vergelijking (8.1), luidt:

manuren _{= k}

*

_{----'=.:....::..==-~=--}aantal stappen _{... -"-==--} (8.1)

ton produkt _{(capaciteit/dag)0.76}

In deze relatie is de factor k afhankelijk van de arbeidsproduktiviteit en het soort proces, op dit moment heeft k een waarde van 1.7. In tabel (8.7) staan de capaciteit en het benodigd aantal manuren per proces vermeld

cap. Ldag manurenLdag *l.5 arbeidskrachten

1 HBr/HzO z -proces 4903 5.9 8.8 1.1

2 NaBr/HzOz-proces 1839 4.6 6.9 0.9

3 HBr/Cl z -proces 5214 5.9 8.9 1.1

4 NaBrLC1, -proces 2563 5.0 7.5 0.9

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

-37-De kosten van een arbeidsplaats per jaar op volcontinue basis zijn 350 kfl.Op èèn arbeidsplaats staan gemiddeld 5.4 arbeiders, de kosten per arbeider zijn dus 65 kfl. De totale arbeidskosten per proces worden dan : HBr/HzOz -proces NaBr/HzOz-proces HBr/Cl z -proces NaBr/_{Cl z -proces} f l 71. 500,00 f l 59.000,00 f l 71. 500,00 f l 59.000,00

8.4 Stoom, water en elektriciteit

In de processen wordt stoom gebruikt om het broom te verdrijven en voor verwarming van processtromen. Water wordt gebruikt als koelstroom en

elektriciteit voor pompen en blowers. De energie die deze apparaten

gebruiken is verwaarloosbaar _{klein, daarom verwaarlozen}

elektriciteitskosten.

De huidige prijzen van stoom en water zijn [12] Stoom

Water

f l _{22,70 / ton} fl 0,05 / ton

In tabel (8.8) staan de stoom- en waterstromen per proces vermeld

Stoom _Water

1 HBr/HzOz -proces 164 ton/j f l 3.700 Ij 35.5 kton/j f l

we de

1. 800 Ij

2 NaBr/HzOz-proces _{950 ton/j f l 21.500 Ij 42.9 kton/j}

f l 2.100 Ij

3 _{HBr/Cl z} -proces 270 ton/j f l 6.100 Ij 10.5 kton/j f l 500 Ij

4 NaBrLCll:, -Eroces _{270 tonL.i f l 6.100 L.i 10.5 ktonL.i}

f l _{500 L.i} tabel (8.8} kosten van stoom en water Eer Eroces

8.5 Rentederving

We _{gaan er vanuit dat de processen uit het eigen vermogen van Andeno/DSM}

worden betaald. _{In plaats van het bedrag te investeren kan het ook op de} bank worden gezet om rente te ontvangen over dat bedrag. Met behulp van een programma, _{waarvan het struktuurdiagram staat vermeld in figuur (8.1), is} het mogelijk de rentederving uit te rekenen. We gaan er van uit dat

jaarlijks de afschrijving wordt overgemaakt naar de bank zodat over dat

bedrag rente getrokken kan worden. De rente stellen we op 8% , we berekenen de rentederving over de afschrijf termijn (zie tabel 8.9) .

•

•

•

•

•

•

•

-38-Investeringen _Rented.

_LIO

_{.jaar Rentederving}

1 HBr/HeOe -proces fl 910.000,00 f l 645.000,00 f l 64.500,00 2 NaBr/HeOe-proces _{f l 1425.000,00 f l 1010.000,00} f l 101.000,00 3 HBr/Cl c -proces f l 1040.000,00 fl 740.000,00 f l 74.000,00 4 NaBrLCl~ _{-Eroces fl ll50. 000 1 00 f l} 820.000 100 f l _{82.000 100}

Tabel (8. 9}. Rentederving Eer Eroces

8.6 Onderhoud, Verzekering en Overhead/Administratie

Deze posten zijn alle afhankelijk van de totale investeringen. We stellen de onderhoudskosten op 5% van de investeringen, de verzekering op 1% evenals de

kosten voor overhead en administratie. Per proces wordt dit (tabel 8.10) :

1 HBr /HeOe -proces 2 NaBr/HeOe-proces 3 HBr/Cl e -proces 4 NaBrLClg -Eroces Onderhoud fl _{45.500, 00} fl 71. 000,00 fl 52.000,00 fl _{57.500 100} Verzekering f l 9.000,00 f l 14.000,00 f l 10.000,00 f l _{11.500 100}

Tabel (8.10} Onderhouds-1verzekerings- en

°

&

A-kosten

8.7 Opbrengst uit het proces.

Overh.

&

Adm.

f l 9.000,00

f l 14.000,00

f l 10.000,00

f l _{11. 500 1 00}

De opbrengst uit het proces bestaat uit de geproduceerde hoeveelheid broom

vermenigvuldigd met de kostprijs die Andeno daarvoor betaalt. De prijs van • _{Broom is op dit moment f1 1,70 per kilo. De opbrengsten per proces zijn dan:}

•

•

•

•

1 HBr/HcO e -proces 2 NaBr/HcOe-proces 3 HBr/Cl e -proces 4 NaBr/Cl e -proces 1.70

*

9.8

*

105

=

_{fl 1.670.000,00 / jaar} 1.70

*

3.7

*

105

=

fl 625.000,00 / jaar 1.70

*

1.0

*

106

=

_{fl 1.770.000,00 / jaar} 1.70

*

5.1

*

105

=

fl 870.000,00 / jaar

•

•

\

•

•

•

•

•

-39-8.8 totale kosten

De totale kosten per proces staan vermeld in tabellen (8.11 t/m 15) :

Kostenpost

Afschrijving Hulpstoffen

Arbeidskosten Stoom

&

water Rentederving -=--. Onderhoud Verzekering Overhead/Administratie Totaal Afschrijving Hulpstoffen Arbeidskosten Stoom

&

water Rentederving Onderhoud Verzekering Overhead /Administratie Totaal HBr/HzOz-proces fl 86.000,00 fl 675.000,00 fl 71. 500, 00 fl 5.500,00 fl 64.500,00 fl 45.500,00 fl 9.000,00 fl 9.000₂00 fl 966.000,00 HBr/C1 z-proces fl 98.000,00 fl 767.000 / 650.000* fl 71.500,00 fl 6.500,00 fl 74.000,00 fl 52.000,00 fl 10.000,00 fl 10.000100 fl 1089.000 / 972.000* NaBr/HzOz-proces fl 134.000,00 fl 489.000,00 fl 59.000,00 fl 23.500,00 fl 101.000,00 fl 71.000,00 fl 14.000,00 fl 14.000₂00 fl 905.500,00 NaBr/Clcproces fl 108.000,00 fl 457.000 / 342.000* fl 59.000,00 fl 6.500,00 fl 82.000,00 fl 57.500,00 fl 11. 500,00 fl 11.500,00 fl 793.000 / 678.000*

Tabellen (8.11 t/m 8.15). Totale kosten per proces * in geval van een gecombineerd chloorproces

---I I

I

e

I

I

I

e

•

•

•

•

•

•

•

•

•

- - - -- - - -- - -- - - -- - - -40-8.9 balans

Het belastbaar inkomen per proces is

1 HBr/H202 -proces fl 1.670.000 f l 966.000

=

2 NaBr/H202-proces fl 625.000 f l 905.500

=

3 HBr/C12 -proces fl 1. 770. 000 f l 1089.000

=

4 NaBr/C12 -proces fl 870.000 f l 793.000

=

En in het geval van een gecombineerd chloor proces

3 HBr/C12 -proces 4 NaBr/C12-proces fl 1. 770. 000 fl 870.000 f l 972.000 = f l 678.000

=

fl 728.000 fl 280.500 fl 681.000 f l 77.000 f l 798.000 fl 192.000

Van het belastbaar inkomen moet ongeveer 50 % worden afgedragen aan de

belasting, wat overblijft is winst. Het return of investment (R.O.I.)

percentage wordt berekend via vergelijking (8.2) :

R.O.1. = winst

totale investering (8.2)

Naast het R.O.I. percentage voor de verwachte inkomsten is het R.O.I .

percentage voor 90 % van de inkomsten berekend (R.O.I.gO). Het internal rate

of return (I.R.R.) percentage wordt berekend via vergelijking (8.3) :

n

r.

C.-D.

=

0

o

t-1. (8.3) Hierin is Cf de cash-flow en Di de discount waarbij de

investeringen nog worden terugverdiend. Het I.R.R. percentage is gelijk aan de discount.

In het eerste jaar bestaat de uitgaande cash-flow uit de totale investering, de 9 daarop volgende jaren uit de winst van het proces en het laatste jaar

uit de winst plus het werkkapitaal. Vergelijking (8.3) wordt dan :

-I t + n=9

r.

WINST/(l+O.)n + n=l 1. (WINST + WERKKAPITAAL)/(l+D.)lO

=

0 1. (8.4)

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

-41-Na enige iteraties volgt het Internal Rate of Return percentage. Winst, return of investment en internal rate of return staan vermeld in tabel (8.16) .

Winst (kfl) _{R.O.I. R.O. I. gO 1. R. R.}

1 HBr/HzOz -proces 352 45 39 44 2 NaBr/HzOz-proces _{- 280}

**

**

**

3 HBr/Cl z -proces 341 33 24 ₃₁ 4 NaBr/Cl z -proces _{39 3 0 -13} a 3 HBr/Cl z -proces _a 400 38 30 37 4 NaBrLC1~-Eroces _{96 8 5} - 2 Tabel _{(8.16) winst, R.O.L , R.O.L} gO

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

-42-9 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN

Uit de kostenberekeningen blijkt dat ons proces van terugwinning van broom

uit waterstofbromide driehonderdvijftigduizend gulden per jaar oplevert.

Terugwinning uit natriumbromide levert een verlies op van drie ton .

De _{herziene kostenberekening van het chloorproces leert, dat terugwinning}

uit waterstofbromide eenzelfde winst oplevert als het proces met behulp van

waterstofperoxide, _{en terugwinning uit natriumbromide een kleine winst van} veertigduizend gulden. Wanneer besloten wordt het chloorproces voor zowel de opwerking van waterstofbromide als natriumbromide te gebruiken, levert dat door besparingen in de hulpstoffen honderdduizend gulden meer op.

Uit vergelijking _{van beide kostenberekeningen volgt dat, gezien de} nauwkeurigheid die hiervan verwacht mag worden, wat winst betreft de methoden elkaar niet zoveel ontlopen. Het is duidelijk dat het terugwinnen

uit natriumbromide niet rendabel is wanneer dit met waterstofperoxide

gebeurt. Met chloor is dit riskant, omdat een groot deel van de proceskosten afhangt van de prijs van de hulpstoffen.

Wanneer wordt afgezien van de terugwinning van broom uit natriumbromide, zal de keuze van een van de processen voor terugwinning van broom uit waterstofbromide voornamelijk gebaseerd worden op de kwaliteit van het geproduceerde broom en op de milieu- en gevarenaspecten.

Het mag verwacht worden dat broom, geproduceerd met waterstofperoxide, schoner is dan broom geproduceerd met chloor, dat niet geheel uit het broom

te verwijderen is.

In dat geval lijkt de terugwinning waterstofperoxide aantrekkelijker .

•

•

•

•

•

•

•

•

•

I

•

-43-10 LIJST VAN GEBRUIKTE SYMBOLEN

a s B B . . ~J C C c uitwisselend oppervlak

denkbeeldig dwarsstroom oppervlak keerschotafstand

tweede viriaalcoëfficiënt pakkingsconstante

afstand tussen buiswanden concentratie m m3_/mol m Cf cash-flow kg/m3 fl/ jaar J/kg K C ,Cp _p warmtecapaciteit

Cap. No. _{kengetal voor vloeistof op lege kolom} D D D e D. ~ D. ~ D r d d d p F p f G g H H H man HTU h hL h s K K K u K w k k

r

diameter diffusiecoëfficiënt m hydraulische diameter _m diameter warmtewisselaar _m Discount _% diameter ringen _m

diameter van buizen in warmtewisselaar m

kleinst af te scheiden druppelgrootte

deeltjesdiameter pakkingsfactor

weerstandscoëfficiënt

massastroom per eenheid van oppervlak

versnelling van de zwaartekracht

Henrycoëfficiënt

totale lengte

te verpompen vloeistofkolom

hoogte overdrachtstrap hoogte van de kolom vloeistofholdup hoogte settler

bedconstante Dombrowski en Brownell evenwichtsconstante Br; m m kg/mZ, s m/sZ, Pa m3_/mol m m m m m m3_/mol totale warmteoverdrachtscoëfficiënt _{W/mZ, K} weerstandscoëfficiënt

factor afh. van proces-

&

arbeidsprod .

reactiesnelheidsconstante reactie 1 m3_/sZ,molZ,